アルミの切削加工とは？その特徴やポイントを解説します！

2024.01.19

技術情報

アルミは1円硬貨や飲料缶、自動部品、輸送機器、建築部品、日用品など様々な製品に使用されています。

そこで今回の記事ではアルミの特徴、アルミの代表的な加工法である切削加工について解説していきたいと思います。

>>>アルミの部品加工について前回の記事はこちら

アルミとは

アルミは「アルミニウム（英: Aluminium、米: Aluminum）」という金属の略称で、原子記号Alと表記されます。酸化アルミニウムを主な成分とする赤褐色の鉱石ボーキサイトが原料で、ボーキサイトから酸化アルミニウムを抽出し、それを電気分解することによってアルミニウムが得られます。地球の地殻を構成する全元素の中では、酸素、ケイ素に次いで第3位であるにも関わらず、他の元素と化合物を形成し易く、様々な化合物として鉱物や土壌に紛れていたため、アルミニウムが金属として発見されたのは1800年代と200年ほどしか経っていません。紀元前に発見された銅や鉄などの主要金属と比べると、非常に歴史の浅い金属です。

アルミの特徴

続いて、アルミの特徴について解説していきます。

1.軽い

アルミの比重は2.7で、一般的な金属の中ではマグネシウムに次いで2番目に軽い金属です。鉄や銅などの鋼材と比べると約3分の1の比重になります。その軽さを活かして、自動車や輸送機器（航空機や人工衛星、新幹線など）、スマートフォンなどの家電、建築材料など幅広い分野で使用され、軽量化につながっています。

2.耐食性が高い

アルミは空気中の酸素と反応し表面に酸化皮膜を形成するため、腐食や錆の発生を抑えることができます。優れた耐食性を活かして、海洋開発や船舶、建築などの分野で使用されています。ただし、塩気が多い環境や他の金属の接触により腐食する恐れがあるため、アルマイト処理を行ったり他の金属との接触を避けたりするなどの注意が必要です。

3.熱伝導率が高い

アルミの熱伝導率は鉄やステンレスの約3倍です。熱を伝えやすいため、自動車のエンジンパーツ、熱交換器、電子機器の放熱器、ヒートシンクなどに使用されています。

4.電気を通しやすい

アルミの電気伝導率は、導線に最も使われている銅と比較すると約60％ですが、比重が約3分の1であるため、同一重量の銅と比べるとアルミのほうが約2倍の電気を流すことができます。軽さと電気を通しやすい性質を活かし、送電線や配電線に使用されています。

5.磁気を帯びない

アルミは非磁性体であるため、磁場の影響を受けません。そのため、磁場の影響を受けると困るパラボラアンテナやメカトロニクス機器製品、船の磁気コンパス、電子医療機器などに使用されています。

6.毒性がない

アルミは土壌や作物、海水や空気中にも含まれており、無害・無臭の金属です。体内に取り込まれても約99％はそのまま排出され人体への悪影響もなく、土壌への害もありません。

そのため、食品や医薬品の包装容器、飲料の缶、医療機器、家庭用器などに使用されています。

7.反射性に優れる

アルミは光や熱、電磁波を反射します。さらに、純度を高めたり、鏡面加工を施したりすれば、アルミの反射率は非常に高くなります。この特性を活かし、照明や暖房の反射板、宇宙服などに使用されています。

8.高い強度を持たせることができる

純アルミの強度や硬度は、銅や鉄鋼材料に比べると劣ります。しかし銅やマグネシウムなどを添加し合金化したり、熱処理を施したりすることで、鋼材に匹敵する高い強度を得ることができます。合金の中でも、亜鉛とマグネシウムを添加後に熱処理した7000番系の合金は特に強度が優れており、代表的なA7075（超々ジュラルミン）は航空機の部品にも使用されています。

9.低温に強い

ほとんどの鉄鋼は0℃未満の低温状態では脆くなってしまいますが、アルミは低温脆性がなく低温でも強度を保ちます。そのため、液体窒素（-196℃）や液体ヘリウム（-269℃）の容器、低温プラント、LNG（液化天然ガス）低温貯蔵タンク、宇宙開発分野などで使用されています。

10.加工しやすい

アルミは様々な方法で加工可能です。被削性が優れているため切削加工がしやすく、延びがよく塑性加工にも向いています。融点が低く湯流れが良いため鋳造にも適しており、溶接も可能です。ただし、異なる金属同士の溶接や溶接時の熱が母材に伝わるのを防ぐなど溶接時には高い技術が必要となります。

アルミは多くの加工法が使えるため、薄肉形状（アルミホイルなど）から複雑形状まで、さまざまな形状に加工することができますが、傷がつきやすいので加工の際は注意が必要です。

11.リサイクルしやすい

アルミは他の金属と比べて容易に再生できます。経年劣化しにくく融点も低いため、使用後の製品を溶かすのも容易で、原料から新品を作る場合のエネルギーの3～5%でリサイクル可能です。そのため、リサイクルコストが抑えられ、さらにリサイクル品の質は新品とほぼ変わりません。アルミは省エネ性やリサイクル性に優れた金属といえます。

12.外観が美しい

アルミは素の状態でも美しい素材ですが、アルマイト処理などの表面処理を施せば、より見た目を美しくできます。さらに着色することも可能でデザイン性が高く、建築物の外装や様々な包装材などに使用されています。

13.コストパフォーマンスが良い

アルミは流通量が多く、金属の中では比較的安価な材料です。加工性も優れているため、加工費も抑えやすく加工全体コストを抑えることができます。

14.熱膨張率が高い

アルミの線熱膨張係数は鉄系材料の約2倍になります。そのため、加熱と冷却が繰り返される部品で使用する際は熱疲労により破損する恐れがあり、注意が必要です。

アルミ切削加工のポイント

先に説明した通り、アルミは切削加工しやすい材質です。しかし、切削する際にはいくつかの注意点があります。ここではアルミを切削加工する際のポイントを解説していきたいと思います。

工具の選択

アルミは他の金属と比較して溶融点が低いため、加工時に発生する切粉が溶着しやすいです。そのため、切削抵抗が少なく溶着しづらいシャープな形状の刃が適しています。また、アルミは延性が高いため切粉が長繋がりやすいので、切粉や切りクズの排出性に優れた工具を選ぶと良いでしょう。

切削速度

アルミを切削加工する際は高速で加工します。高速で加工することにより、部材の溶着が少なくなり、切削面も滑らかになります。また、加工時間の短縮にも繋がります。アルミは熱伝導性が高いため切削時に発生する熱は分散しやすいですが、過熱状態になると刃先への溶着が起こるため、その場合は切削速度を下げることも必要です。

アルミに適した切削油（クーラント）を使用する

切削加工時に発生した熱を冷却するために、切削油（クーラント）を使用することがあります。クーラントを使用することで、切粉などが浮くため取り除きやすくなるというメリットもあります。

クーラントを使用する際は、化学反応によって表面が変質する可能性があるためアルミ切削加工に適したものを使用しなければなりません。また、高精度を求められる場合は寸法測定時の温度を考慮した補正が必要になります。

変形

アルミ合金は軟質な金属であるため、加工時の熱や残留応力による反りや歪みなどの変形が起きることがあります。特に薄肉の製品では影響が大きいです。変形を防ぐためには、切削条件や加工の順序の変更、余肉をつけたままの粗加工を施す、冷却能力が高い水性切削油を用いる、粗加工後にアニール処理を施すなどの対策が必要です。

傷がつきやすい

先に説明した通り、アルミ合金は他の金属と比べると軟質で強度があまり高くないため、傷や打痕が付きやすい材質となっており、作業環境や取扱いには注意が必要です。外観部品に使用される場合は、加工面に対し保護フィルムを貼りつけたり、硬質アルマイト処理で表面を硬化させたりするなどの方法で対策します。

このように、アルミの切削加工行う際には様々な注意点があります。

アルミは強度や軽量性、加工性や見た目の美しさなど、多くの優れた特徴を持った材料です。高品質なアルミ製品を製造するには、アルミの特性を理解し適切な工具と加工方法を選択することが重要になります。

弊社での製品事例

本記事で解説したアルミ切削加工について、弊社で加工した製品を紹介します。

プレート　黒アルマイト　個人　図面作成から対応

スペック・仕様

材質	A5052
ロット	2ヶ/ロット
大きさ	4×120×200
公差レベル	一般公差
納期目安	約3週間
金額	1万円以上10万円未満
製品用途・業界	建築、建材

音響機器の取付けに使用されるプレートです。

個人のお客様からの依頼品です。図面がなかったため、お客様から綿密にヒアリングを行い、製作いたしました。弊社では本製品のように図面が無い場合でも対応可能となっております。また、黒アルマイトなどの表面処理も小ロットから対応しております。

加工治具　半導体製造装置　アルミ　短納期

スペック・仕様

材質	A5052
ロット	5ヶ/ロット
大きさ	φ15×60L
公差レベル	±0.01～一般公差
納期目安	約2週間
金額	1万円未満
製品用途・業界	半導体製造装置